[参考译文] OPA2180：是否发生电源短路？

您好、Rick：

这里需要考虑几点。 首先、该器件的最大结温 (Tj) 不能超过 150°C。

我很乐意准确计算设计的热裕度。 为了提供准确的分析、您能否确认几个细节？

• 是将一个输出短接至负电源、还是将两者都短接？
• 您期望器件运行的最高环境温度 (Ta) 是多少？
• 您使用哪种封装类型 (D (SOIC) 或 DGK (MSOP))？

此致、

Alex Curtis

您好 Alex、

双封装 MSOP8 的其中一个器件。  最高环境温度为 70°C。  它由一个 10.5V 电压供电、我想知道它是否会在对地或电源短路、甚至在电源电压超出的情况下承受短路。  10.5V 稳压器是在 14V 电压下运行的仅供源低压降稳压器、因此短接至 14V 的可能性比短接至 10.5 的可能性大得多。  当前有大约 200 欧姆的外部电阻与输出串联。  谢谢。

您好、Rick：

  封装本身允许的最大功率耗散由封装的结温最大值 (150°C) 和热阻 (159.3°C/W) 决定、这是环境温度的函数。   有关封装散热的更多详细信息、请参阅 AN-336 了解集成电路封装电源功能。  

我强烈推荐我们 有关功率和温度的 TIPL 培训、其中更详细地介绍了运算放大器的散热注意事项。 您还可以 在此处找到培训的视频版本。 简而言之、有两个主要步骤。

1. 确定封装允许的最大功率耗散
2. 确定运算放大器的预期功率耗散

要估算给定总功率损耗的结温、可使用以下公式：

 TJ =  θJA + PD（μ s）

重新排列可得到 允许的最大功耗 对于给定的环境温度：

Pmax =(TJ_max - TA)/θJA

Pmax (25°C)=(150°C、- 25°C)/ 159.3°C/W = 0.785W

Pmax (70°C)=(150°C、- 70°C)/ 159.3°C/W = 0.502W

因此 MSOP 封装可在 70°C 下处理的最大功耗为 0.502W 。

要确定运算放大器的预期功率耗散、请执行以下操作：

计算静态电流功耗：

Pq = Iq ×VS

Pq = 525uA * 10.5V =  5.51mW

和用于计算驱动负载时通过放大器消耗的功率。 在输出短接至 0V 的短路情况下、为  DISC = ISC ×VS+  

假设输出端串联了 200 欧姆的电阻将限制电流、则可以按如下方式计算最大功率耗散：

PDC_max = VCC²/(4 × RL)

PDC_max = 10.5²/(4 × 200)= 0.1378W

总功率损耗：

Ptotal  = Pq + PDC_max =  143.33mW

这个值远低于最大值 0.502W、因此如果输出通过 10.5V 电源连接到 0V（输出端为 200 Ω）、则会有这个值 有足够的裕度。

为了回答您关于 14V 短路的问题、您能否提供电路中运算放大器的原理图？ 此条件可能会超过 器件的输入限制。

此致、

Alex Curtis

您好 Alex、

感谢您的答复。  我认为我不能提供原理图、但放大器由 LP2951 低压降电源供电。  该电源是仅供源电源、如果短路电流通过运算放大器的输出保护二极管进入、我认为电路消耗的电流不足以将电压保持在 10.5。  也就是说、如果运算放大器的输出不够强、无法在串联电阻器的另一侧短接至 14V 的情况下将输出拉低至低于电源电压。  10.5V 电源上没有 TVS 二极管、仅在稳压器之前的电源输入端、另一个在运算放大器输出端、但该 200 欧姆串联输出电阻器位于 TVS 和运算放大器输出端之间。  TVS 器件用于 ESD 保护、而不是电源短路、因此在该电压下它不会可靠地跳闸。  我当时认为电流可能太高、放大器的输出无法驱动到低于电源轨、这可能允许电流进入输出保护二极管。  因此、我当时想将 200 欧姆电阻分成两个串联的 100 欧姆电阻、并从这些电阻之间的中点运行一个二极管到运算放大器的+SUPPLY。  我不确定是否需要这样做。

另一方面、电路将会进行密封、但 PCB 具有一个接地平面、放大器的 VSS 引脚连接到该接地平面、尽管它周围可能有一些散热。  如果需要、我可以指示拆除散热装置。

谢谢、

Rick

您好、Rick：

我尝试了写出您关于拆分电阻并将二极管馈送到运算放大器 V+的建议。 下面的电路是否是您所描述的？

这样应该可行、但您也可以在负载电阻之前在放大器的输出端添加二极管（见下文）。  

我还有几个保护的替代建议。

如果 输出摆幅不是您的关键参数、您可以在运算放大器的反馈环路（下图中的 Rp）内添加一个电阻器。 您需要选择一个相对较小的值、以便保持良好的输出摆幅。

另一种选择是在放大器的输出端添加一个肖特基二极管、将其连接到电源。 添加肖特基二极管确实会给系统引入噪声、因此需要考虑一个重要的权衡因素。 下面是我建议评论的图片 — 摘自应用手册 “运算放大器中的 ESD 单元“、其中提供了有关如何保护运算放大器的信息。

根据上面的 Alex 计算结果、如果我们在计算中使用 14.5V 电源而不是 10.5V 电源、那么从功率耗散的角度来看、仍然有足够的余量。  对于灌封时器件的热行为、我们没有相关指南。 良好的 PCB 做法是确保均匀的覆铜、但我不能提供焊盘 PCB 电路的详细指南。

此致、
嘉莉

您好 Carrie、

您绘制的原理图非常接近、但将 RL 的接地端短接至+14V、同时 V+=+10.5V。  我知道运算放大器的开环输出阻抗约为 120 欧姆、因此如果外部二极管正好在器件上、而不是那里有 100 欧姆电阻、那么如果外部二极管压降大于内部压降、则通过内部二极管的电流将差值除以 120 欧姆... 但是、如果将输出驱动至高于电源电压、或者输出是否尝试灌入大电流、那么 120 欧姆是否仍然保持不变。

您好、Rick：

 在这些情况下、我们通常无法表征输出阻抗。 确实存在输出阻抗与频率间的典型特性曲线（见下文）。

我根据您提到的更改运行了一个快速仿真、如果设置错误、请告诉我。

我使用了 100Ω 电阻器、该电阻器在 EOS 事件中通过电阻器产生 59mA。  我们可以 使用以下公式计算通过电阻器的功率耗散为~0.35W：

下面是用于计算功率的设置。

增加到 1kΩ 的负载（分为两个 500Ω 电阻器）会导致 Iout = 13.85mA、通过电阻器得出功率耗散为~0.09W。  如果能够使用更高的负载（例如 1kΩ）、则电阻器能够吸收更高的电流、功耗更低（见下文）。

您是否能够具有更高的负载电阻、或者将其固定在 200Ω？ 如果您无法更改负载电阻、我将确保电阻器在发生电过应力事件时的额定值正确。